斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器及其測試方法
2023-06-02 15:03:11 1
專利名稱：斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器及其測試方法
技術領域：
本發明涉及一種測試斜拉橋索塔傾斜度與擺動的儀器與方法，具體的說是一種斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器及其測試方法。
背景技術：
目前，常採用經緯儀來測試斜拉橋索塔的傾斜度，以及採用拾振儀等進行斜拉橋索塔的擺動，但該些儀器設備存在著不能長期暴露在野外，不能同時測得斜拉橋索塔的傾斜度與擺動，不能連續實時輸出監測信號等方面的不足。
發明內容
針對現有測試斜拉橋索塔傾斜度與擺動儀器設備的不足，本發明提出了一種斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器及其測試方法，它能全天候連續不間斷地進行監測，實時輸出斜拉橋索塔傾斜度與擺動的數據。本發明解決技術問題採用如下技術方案:
一種斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器，包括了索塔擺動測試雷射發射裝置1、索塔擺動測試雷射發射裝置I1、索塔擺動靶點裝置1、索塔擺動靶點裝置II，其特徵在於:在斜拉橋承臺上的上遊側安置有機架I，機架I上安裝有測試棚I，測試棚I內安置有所述的索塔擺動測試雷射發射裝置I ;在斜拉橋承臺上的下遊側安置有機架II，機架II上安裝有測試棚II，測試棚II內安置有所述的索塔擺動測試雷射發射裝置II ;在所述測試棚1、測試棚II的天花板上均有天窗；在斜拉橋索塔頂部的上遊側面上安裝有支架I，支架I上安裝有遮雨棚I，遮雨棚I內安置有所述的索塔擺動靶點裝置I ;在斜拉橋索塔中部的下遊側面上安裝有支架II，支架II上·安裝有遮雨棚II，遮雨棚II內安置有所述的索塔擺動靶點裝置II ;在所述遮雨棚1、遮雨棚II的底板上均有地窗；所述的支架I與機架I的中心線位於索塔沿橋中心線垂直方向的同一鉛垂面上，所述的支架II與機架II的中心線位於索塔沿橋中心線垂直方向的同一鉛垂面上；所述的索塔擺動測試雷射發射裝置I底座為長方形，該底座上並排安置有索塔擺動測試雷射發射器a、索塔擺動測試雷射發射器b，所述的索塔擺動測試雷射發射裝置II底座為長方形，該底座上並排安置有索塔擺動測試雷射發射器C、索塔擺動測試雷射發射器d，所述的索塔擺動靶點裝置I機座為長方形，該機座上有兩個並排的方形通孔，該兩個通孔上各自安置有索塔擺動靶點器a、索塔擺動靶點器b，且索塔擺動靶點器a的中心線與橋中心線平行，索塔擺動靶點器b的中心線與橋中心線垂直，所述的索塔擺動靶點裝置II機座為長方形，該機座上有兩個並排的方形通孔，該兩個通孔上各自安置有索塔擺動靶點器C、索塔擺動靶點器d，且索塔擺動靶點器C的中心線與橋中心線平行，索塔擺動靶點器d的中心線與橋中心線垂直；所述的索塔擺動測試雷射發射裝置I的索塔擺動測試雷射發射器a通過測試棚I的天窗，以及通過遮雨棚I的地窗，對準索塔擺動靶點裝置I的索塔擺動靶點器a發射雷射，進行索塔頂部沿橋中心線垂直方向傾斜與擺動的測試；所述的索塔擺動測試雷射發射裝置I的索塔擺動測試雷射發射器b通過測試棚I的天窗，以及通過遮雨棚I的地窗，對準索塔擺動靶點裝置I的索塔擺動靶點器b發射雷射，進行索塔頂部沿橋中心線方向傾斜與擺動的測試；所述的索塔擺動測試雷射發射裝置II的索塔擺動測試雷射發射器C通過測試棚II的天窗，以及通過遮雨棚II的地窗，對準索塔擺動靶點裝置II的索塔擺動靶點器C發射雷射，進行索塔中部沿橋中心線垂直方向傾斜與擺動的測試；所述的索塔擺動測試雷射發射裝置II的索塔擺動測試雷射發射器d通過測試棚II的天窗，以及通過遮雨棚II的地窗，對準索塔擺動靶點裝置II的索塔擺動靶點器d發射雷射，進行索塔中部沿橋中心線方向傾斜與擺動的測試。所述的索塔擺動測試雷射發射裝置1、索塔擺動測試雷射發射裝置II結構相同，即所述的索塔擺動測試雷射發射器a、索塔擺動測試雷射發射器b、索塔擺動測試雷射發射器C、索塔擺動測試雷射發射器d為同種的索塔擺動測試雷射發射器；所述的索塔擺動測試雷射發射器底板為方形，該底板上安置有雷射方向調節器，雷射方向調節器上安置有雷射發射器，調動所述雷射方向調節器的方向旋鈕，能讓雷射發射器向上發射出的雷射在二維方向上移動，旋緊所述雷射方向調節器的制動旋鈕，能使雷射發射器制動。所述的索塔擺動靶點裝置1、索塔擺動靶點裝置II的結構相同，即所述的索塔擺動靶點器a、索塔擺動靶點器b、索塔擺動靶點器C、索塔擺動靶點器d為同種的索塔擺動靶點器；所述的索塔擺動靶點器器座為方盒形狀，該器座底板上有方形的通孔，該通孔上鑲有防塵平面透光板，器座內的下部位安置有光纖靶點器，器座內的上部位安置有二維擺動傳感器；所述的二維擺動傳感器器盒為方盒形狀，該器盒沿索塔擺動靶點器中心線相對的內壁上分別安置有懸臂板、磁敏元件，懸臂板的板端安置有磁鐵塊，該磁鐵塊與磁敏元件有δ的間距，器盒內注滿矽油，形成了封閉的測試腔；所述的懸臂板的板面為鉛直面，當索塔垂直於所述的懸臂板板軸線擺動時，懸臂板會產生擺動，懸臂板板端的磁鐵塊來回切換磁敏元件上的磁力線，磁敏元件輸出索塔擺動擺幅與頻率的傳感信號；所述的索塔擺動靶點器的光纖靶點器、二維擺動傳感器的中心線，均位於索塔擺動靶點器中心線的同一鉛垂面上，所述的光纖靶點器的光導絲面朝向下方的防塵平面透光板。所述的光纖靶點器基板為方形的平板，該基板上的中部等距平行安置有多根光導絲組成的光導絲排，該光導絲排的每根光導絲之間設置有隔光膜，基板上的光導絲排兩端分別設置有光敏元件排a、光敏元`件排b，光敏元件排a、光敏元件排b的排殼內均並排安置有一列的光敏元件，所述的光導絲以交錯端部方式，將光導絲一側端部與光敏元件排a、光敏元件排b的光敏元件連接；當所述的索塔擺動測試雷射發射器發出的雷射照射到光纖靶點器的任何一根光導絲上，該根光導絲將光線傳導給對應的光敏元件，光敏元件便輸出傳感信號。一種斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器的測試方法，依次按以下步驟進行:
(1)在索塔頂部的上遊側面上安裝支架I，在索塔中部的下遊側面上安裝支架II，並在支架1、支架II上分別搭設遮雨棚1、遮雨棚II，在索塔承臺的上遊側搭設機架I，在索塔承臺的下遊側搭設機架II，並在機架1、機架II上分別搭設測測試棚1、測試棚II ；
(2)把索塔擺動靶點裝置I安置於索塔頂部遮雨棚I內的支架I上，且索塔擺動靶點裝置I的索塔擺動靶點器a中心線與橋中心線平行，索塔擺動靶點器b中心線與橋中心線垂直，把索塔擺動靶點裝置II安置於索塔中部遮雨棚II內的支架II上，且索塔擺動靶點裝置II的索塔擺動靶點器C中心線與橋中心線平行，索塔擺動靶點器d中心線與橋中心線垂直；把索塔擺動測試雷射發射裝置I安置於索塔承臺上遊側測試棚內的機架I上，把索塔擺動測試雷射發射裝置II安置於索塔承臺下遊側測試棚II內的機架II上；
(3)把索塔擺動靶點器a、索塔擺動靶點器b、索塔擺動靶點器C、索塔擺動靶點器d、索塔擺動測試雷射發射器a、索塔擺動測試雷射發射器b、索塔擺動測試雷射發射器C、索塔擺動測試雷射發射器d的電纜與索塔傾斜度與擺動監測儀聯接後，打開儀器設備的電源開關進行聯機調試；
(4)開啟機架I上的測試棚I天窗及支架I上的遮雨棚I地窗，把索塔擺動測試雷射發射器a的雷射發射器朝向索塔擺動靶點器a，視索塔擺動監測儀的顯示，調整索塔擺動測試雷射發射器a上的方向旋鈕,把雷射發射器發出的雷射對準光纖祀點器a後,旋緊索塔擺動測試雷射發射器a上的制動旋鈕，將該雷射發射器制動，以及把索塔擺動測試雷射發射器b的雷射發射器朝向索塔擺動靶點器b，視索塔擺動監測儀的顯示，調整索塔擺動測試雷射發射器b上的方向旋鈕,把雷射發射器發出的雷射對準光纖祀點器b後,旋緊索塔擺動測試雷射發射器b上的制動旋鈕,將該雷射發射器制動；
開啟機架II上的測試棚II天窗及支架II上的遮雨棚II地窗，把索塔擺動測試雷射發射器C的雷射發射器朝向索塔擺動靶點器C，視索塔擺動監測儀的顯示，調整索塔擺動測試雷射發射器c上的方向旋鈕，把雷射發射器發出的雷射對準光纖靶點器c後，旋緊索塔擺動測試雷射發射器c上的制動旋鈕，將該雷射發射器制動；以及把索塔擺動測試雷射發射器d的雷射發射器朝向索塔擺動靶點器d，視索塔擺動監測儀的顯示，調整索塔擺動測試雷射發射器d上的方向旋鈕，把雷射發射器發出的雷射對準光纖靶點器d後，旋緊索塔擺動測試雷射發射器d上的制動旋鈕,將該雷射發射器制動；
(5)量取索塔擺動測試雷射發射器a至索塔擺動靶點器a、索塔擺動測試雷射發射器b至索塔擺動靶點器b、索塔 擺動測試雷射發射器c至索塔擺動靶點器C、索塔擺動測試雷射發射器d至索塔擺動靶點器d的鉛直距離；
(6)便可進行索塔的塔頂、中部的兩個部位在沿中心線、沿中心線垂直方向上傾斜度與擺動的測試。本發明的斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器基於以下工作原理:斜拉橋的索塔在固有頻率、主梁荷載、風載等的作用下，會發生傾斜與擺動，現由索塔承臺上遊側的機架I上的索塔擺動測試雷射發射器a，向索塔頂部上遊側支架I上的索塔擺動靶點器a發射雷射，來測試索塔頂部沿橋中心線垂直方向的傾斜與擺動；由索塔承臺上遊側的機架I上的索塔擺動測試雷射發射器b，向索塔頂部上遊側支架I上的索塔擺動靶點器b發射雷射，來測試索塔頂部沿橋中心線方向的傾斜與擺動；由索塔承臺下遊側的機架II上的索塔擺動測試雷射發射器C，向索塔中部下遊側支架II上的索塔擺動靶點器c發射雷射，來測試索塔中部沿橋中心線垂直方向的傾斜與擺動；由索塔承臺下遊側的機架II上的索塔擺動測試雷射發射器d，向索塔中部下遊側支架II上的索塔擺動靶點器d發射雷射，來測試索塔中部沿橋中心線方向的傾斜與擺動。由於索塔擺動測試雷射發射器a、索塔擺動測試雷射發射器b、索塔擺動測試雷射發射器C、索塔擺動測試雷射發射器d的結構、功能相同，所以採用同種的索塔擺動測試雷射發射器，以及索塔擺動靶點器a、索塔擺動靶點器b、索塔擺動靶點器C、索塔擺動靶點器d的結構、功能也相同，所以採用同種的索塔擺動靶點器。測試時，安置在承臺機架上索塔擺動測試雷射發射器發射出相對固定不動的雷射，照射到索塔擺動靶點器的光纖靶點器，該光纖靶點器上被照射到光線的光導絲，把光線傳導給相對應的光敏元件上，由該光敏元件傳輸出傳感的信號。因索塔的擺動，索塔擺動測試雷射發射器發射出的雷射點沿索塔擺動靶點器光纖靶點器的光導絲垂直方向來回移動，被照射到的光導絲把光線傳輸到相應的光敏元件上，這樣測得間隔最遠的兩根光導絲的距離，便能獲得索塔在該方向上的擺幅，並測試出每次擺幅間隔的時間，便能獲得索塔在該方向上擺動的頻率。由於索塔擺動靶點器a、索塔擺動靶點器c中心線按與橋中心線平行的安置，即索塔擺動靶點器a、索塔擺動靶點器c的光纖靶點器光導絲沿橋中心線平行方向排列，所以索塔擺動靶點器a、索塔擺動靶點器c能分別測得索塔的頂部、中部沿橋中心線垂直方向的擺動；又由於索塔擺動靶點器b、索塔擺動靶點器d中心線按與橋中心線垂直的安置，即索塔擺動靶點器b、索塔擺動靶點器d的光纖靶點器光導絲沿橋中心線垂直方向排列，所以索塔擺動靶點器b、索塔擺動靶點器d能分別測得索塔的頂部、中部沿橋中心線方向的擺動。另外，用量測設備測得索塔擺動測試雷射發射器雷射發射器至索塔擺動靶點器光纖靶點器的鉛直距離，設該垂直距離為y，又設被雷射照射到間隔最遠的兩根光導絲的距離為X，則測得索塔在該方向上的傾角度為 9，Q=arctgx/y。同時，在索塔擺動靶點器a、索塔擺動靶點器b、索塔擺動靶點器C、索塔擺動靶點器d內各自設置了輔助用的二維擺動傳感器，將索塔擺動靶點器a、索塔擺動靶點器c的二維擺動傳感器的懸臂板板軸線與橋中心線平行設置，以及索塔擺動靶點器b、索塔擺動靶點器d的二維擺動傳感器的懸臂板板軸線與橋中心線垂直設置。由於該些懸臂板的橫斷面為矩形薄板，其板高遠比板寬的尺寸小，即懸臂板在板高方向的剛度遠比板寬方向的剛度小，所以當索塔擺動時，板軸線垂直於索塔擺動方向的懸臂板在慣性力作用下會產生變形而擺動，懸臂板板端的磁鐵塊，隨著懸臂板的擺動而擺動，切換著與磁鐵塊間隔Λ距離的磁敏兀件上的磁力線，磁敏兀件輸出的傳感信號隨磁力線強度變化大小。根據磁敏兀件輸出傳感信號的大小來獲得索塔的擺幅，根據兩次最大擺幅的間隔時間來獲得索塔擺動的頻率。所以，二維擺動傳感器的懸臂板能測得索塔沿橋中心線、沿橋中心線垂直方向擺動的幅度與頻率。
與已有技術相比，本發明有益效果體現在:
本發明提出的一種斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器及其測試方法，它能監測斜拉橋在施工、運行、維護中索塔的動態特徵，確保斜拉橋的安全。該測試器具有量程大、精度高、解析度好、工作可靠、操作方便等特點，能全天候連續進行測試，實時輸出測試數據，為測試斜拉橋索塔的傾斜度與擺動提供了新儀器設備。
圖1為本發明的斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器工作正視示意圖。圖2為本發明的斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器工作左側視示意圖。圖3為本發明的斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器工作右側視示意圖。圖4為本發明索塔擺動測試雷射發射裝置I的正剖視結構示意圖。圖5為本發明索塔擺動測試雷射發射裝置I的左側剖視結構示意圖。圖6為本發明索塔擺動測試雷射發射裝置I的俯剖視結構示意圖。圖7為本發明索塔擺動靶點裝置I的正剖視結構示意圖。
圖8為本發明索塔擺動靶點裝置I的索塔擺動靶點器a左側剖視結構示意圖。圖9為本發明索塔擺動靶點裝置I的索塔擺動靶點器b左側剖視結構示意圖。圖10為本發明索塔擺動靶點裝置I的二維擺動傳感器層俯剖視結構示意圖。圖11為本發明索塔擺動靶點裝置I的光纖靶點器層俯剖視結構示意圖。圖12為本發明光纖靶點器前側剖視結構示意圖。圖13為本發明光纖靶點器左側剖視結構示意圖。圖14為本發明光纖靶點器俯剖視結構示意圖。圖中標號:I斜拉橋、2索塔、3拉索、4主梁、5承臺、6樁基、7河床面、8最高水位、9機架1、10機架I1、11測試棚1、12測試棚I1、13天窗、14支架1、15支架I1、16遮雨棚1、17遮雨棚I1、18地窗、19索塔擺動測試雷射發射裝置I或索塔擺動測試雷射發射裝置I1、20底座、21索塔擺動測試雷射發射器a或索塔擺動測試雷射發射器c、22索塔擺動測試雷射發射器b或索塔擺動測試雷射發射器d、23雷射方向調節器、24底板、25雷射發射器、26方向旋鈕、27制動旋鈕、28索塔擺動靶點裝置I或索塔擺動靶點裝置II >29機座、30索塔擺動靶點器a或索塔擺動靶點器c、31索塔擺動靶點器b或索塔擺動靶點器d、32器座、33防塵平面透光板、34 二維擺動傳感器、35器盒、36懸臂板、37磁鐵塊、38磁敏元件、39矽油、40罩殼、41光纖靶點器、42基板、43光導絲、44隔光膜、45光敏元件排a、46光敏元件排b、47排殼、48光敏元件。
具體實施例方式參見圖1 圖14，為本發明的一種斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器，包括了索塔擺動測試雷射發射裝置I或索塔擺動測試雷射發射裝置II 19、索塔擺動靶點裝置I或索塔擺動靶點裝置II 28，其特徵在於:在斜拉橋I承臺5上的上遊側安置有機架I 9，機架I 9上安裝有測試棚I 11，測試棚I 11內安置有所述的索塔擺動測試雷射發射裝置I 19。在斜拉橋I承臺5上的下遊側安置有機架II 10，機架II 10上安裝有測試棚II 12，測試棚II 12內安置有所述的索塔擺動測試雷射發射裝置II 19。在所述測試棚I 11、測試棚II 12的天花板上均有天窗13。在斜拉橋I索塔2頂部的上遊側面上安裝有支架I 14，支架I 14上安裝有遮雨棚I 16，遮雨棚I 16內安置有所述的索塔擺動靶點裝置I 28。在斜拉橋I索塔2中部的下遊側面上安裝有支架II 15，支架II 15上安裝有遮雨棚II 17，遮雨棚II 17內安置有所述的索塔擺動靶點裝置II 28。在所述遮雨棚I 16、遮雨棚II 17的底板上均有地窗18。所述的支架I 14與機架I 9的中心線位於索塔2沿橋中心線垂直方向的同一鉛垂面上，所述的支架II 15與機架II 10的中心線位於索塔2沿橋中心線垂直方向的同一鉛垂面上。所述的索塔擺動測試雷射發射裝置I 19底座20為長方形，該底座20上並排安置有索塔擺動測試雷射發射器a21、索塔擺動測試雷射發射器b22，所述的索塔擺動測試雷射發射裝置II 19底座20為長方形，該底座20上並排安置有索塔擺動測試雷射發射器c21、索塔擺動測試雷射發射器d22 ;所述的索塔擺動靶點裝置I 28機座29為長方形，該機座29上有兩個並排的方形通孔，該兩個通孔上各自安置有索塔擺動靶點器a30、索塔擺動靶點器b31，且索塔擺動靶點器a30的中心線與橋中心線平行，索塔擺動靶點器b31的中心線與橋中心線垂直；所述的索塔擺動靶點裝置II 28機座29為長方形，該機座29上有兩個並排的方形通孔，該兩個通孔上各自安置有索塔擺動靶點器c30、索塔擺動靶點器d31，且索塔擺動靶點器c30的中心線與橋中心線平行，索塔擺動靶點器d31的中心線與橋中心線垂直。所述的索塔擺動測試雷射發射裝置I 19的索塔擺動測試雷射發射器a21通過測試棚I 11的天窗13，以及通過遮雨棚I 16的地窗18，對準索塔擺動靶點裝置I 28的索塔擺動靶點器a30發射雷射，進行索塔2頂部沿橋中心線垂直方向傾斜與擺動的測試；所述的索塔擺動測試雷射發射裝置I 19的索塔擺動測試雷射發射器b22通過測試棚I 11的天窗13，以及通過遮雨棚I 16的地窗18，對準索塔擺動靶點裝置I 28的索塔擺動靶點器b31發射雷射，進行索塔2頂部沿橋中心線方向傾斜與擺動的測試；所述的索塔擺動測試雷射發射裝置II 19的索塔擺動測試雷射發射器c21通過測試棚II 12的天窗13，以及通過遮雨棚II 17的地窗18，對準索塔擺動靶點裝置II 28的索塔擺動靶點器c30發射雷射，進行索塔2中部沿橋中心線垂直方向傾斜與擺動的測試；所述的索塔擺動測試雷射發射裝置II 19的索塔擺動測試雷射發射器d22通過測試棚II 12的天窗13，以及通過遮雨棚II 17的地窗18，對準索塔擺動靶點裝置II 28的索塔擺動靶點器d31發射雷射，進行索塔2中部沿橋中心線方向傾斜與擺動的測試。索塔擺動測試雷射發射裝置1、索塔擺動測試雷射發射裝置II 19結構相同，即所述的索塔擺動測試雷射發射器a21、索塔擺動測試雷射發射器b22、索塔擺動測試雷射發射器c21、索塔擺動測試雷射發射器d22為同種的索塔擺動測試雷射發射器。所述的索塔擺動測試雷射發射器底板24為方形，該底板24上安置有雷射方向調節器23，雷射方向調節器23上安置有雷射發射器25，調動所述雷射方向調節器23的方向旋鈕26，能讓雷射發射器25向上發射出的雷射在二維方向上移動，旋緊所述雷射方向調節器23的制動旋鈕27，能使雷射發射器25制動。索塔擺動靶點裝置1、索塔擺動靶點裝置II 28的結構相同，即所述的索塔擺動靶點器a30、索塔擺動靶點器b31、索塔擺動靶點器c30、索塔擺動靶點器d31為同種的索塔擺動靶點器。所述的索塔擺動靶點器器座32為方盒形狀，該器座32底板上有方形的通孔，該通孔上鑲有防塵平面透光板33，器座32內的下部位安置有光纖靶點器41，器座32內的上部位安置有二維擺動傳感器34，所述的二維擺動傳感器34器盒35為方盒形狀，該器盒35沿索塔擺動靶點器中 心線相對的內壁上分別安置有懸臂板36、磁敏元件38，懸臂板36的板端安置有磁鐵塊37，該磁鐵塊37與磁敏元件38有δ的間距，器盒35內注滿矽油39，形成了封閉的測試腔。所述的懸臂板36的板面為鉛直面，當索塔2垂直於所述的懸臂板36板軸線擺動時，懸臂板36會產生擺動，懸臂板36板端的磁鐵塊37來回切換磁敏元件38上的磁力線，磁敏元件38輸出索塔2擺動擺幅與頻率的傳感信號。所述的索塔擺動靶點器的光纖靶點器41、二維擺動傳感器34的中心線，均位於索塔擺動靶點器中心線的同一鉛垂面上，所述的光纖靶點器41的光導絲43面朝向下方的防塵平面透光板33。所述的光纖靶點器41基板42為方形的平板，該基板42上的中部等距平行安置有多根光導絲43組成的光導絲排，該光導絲排的每根光導絲43之間設置有隔光膜44，基板42上的光導絲43排兩端分別設置有光敏元件排a45、光敏元件排b46，光敏元件排a45、光敏元件排b46的排殼47內均並排安置有一列的光敏元件48，所述的光導絲43以交錯端部方式，將光導絲43 —側端部與光敏元件排a45、光敏元件排b46的光敏元件48連接。當所述的索塔擺動測試雷射發射器發出的雷射照射到光纖靶點器41的任何一根光導絲43上，該根光導絲43將光線傳導給對應的光敏元件48，光敏元件48便輸出傳感信號。一種斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器的測試方法，依次按以下步驟進行:
(1)在索塔2頂部的上遊側面上安裝支架I14，在索塔中部的下遊側面上安裝支架II 15，並在支架I 14、支架II 15上分別搭設遮雨棚I 16、遮雨棚II 17。在索塔2承臺5的上遊側搭設機架I 9，在索塔2承臺5的下遊側搭設機架II 10，並在機架I 9、機架II 10上分別搭設測測試棚I 11、測試棚II 12；
(2)把索塔擺動靶點裝置I28安置於索塔2頂部遮雨棚I 16內的支架I 14上，且索塔擺動靶點裝置I 28的索塔擺動靶點器a30中心線與橋中心線平行，索塔擺動靶點器b31中心線與橋中心線垂直。把索塔擺動靶點裝置II 28安置於索塔2中部遮雨棚II 17內的支架II 15上，且索塔擺動靶點裝置II 28的索塔擺動靶點器c30中心線與橋中心線平行，索塔擺動靶點器d31中心線與橋中心線垂直；
把索塔擺動測試雷射發射裝置I 19安置於索塔2承臺5上遊側測試棚內的機架I 9上，把索塔擺動測試雷射發射裝置II 19安置於索塔承臺下遊側測試棚II 12內的機架II 10上；
(3)把索塔擺動靶點器a30、索塔擺動靶點器b31、索塔擺動靶點器c30、索塔擺動靶點器d31、索塔擺動測試雷射發射器a21、索塔擺動測試雷射發射器b22、索塔擺動測試雷射發射器c21、索塔擺動測試雷射發射器d22的電纜與索塔傾斜度與擺動監測儀聯接後，打開儀器設備的電源開關進行聯機調試；
(4)開啟機架I9上的測試棚I 11天窗13及支架I 14上的遮雨棚I 16地窗18，把索塔擺動測試雷射發射器a21的雷射發射器25朝向索塔擺動靶點器a30，視索塔擺動監測儀的顯示，調整索塔擺動測試雷射發射器a21上的方向旋鈕26，把雷射發射器25發出的雷射對準光纖靶點器a30後，旋緊索塔擺動測試雷射發射器a21上的制動旋鈕27，將該雷射發射器25制動。以及把索塔擺動測試雷射發射器b22的雷射發射器25朝向索塔擺動靶點器b31，視索塔擺動監測儀的顯示，調整索塔擺動測試雷射發射器b22上的方向旋鈕26，把雷射發射器25發出的雷射對準光纖祀點器b31後,旋緊索塔擺動測試雷射發射器b22上的制動旋鈕27，將該雷射發射器25制動；
開啟機架II 10上的測試棚II 12天窗13及支架II 15上的遮雨棚II 17地窗18，把索塔擺動測試雷射發射器c21的雷射發射器25朝向索塔擺動靶點器c30，視索塔擺動監測儀的顯不，調整索塔擺動測試雷射發射器c21上的方向旋鈕26,把雷射發射器25發出的雷射對準光纖靶點器c30後，旋緊索塔擺動測試雷射發射器c21上的制動旋鈕27，將該雷射發射器25制動。以及把索塔擺動測試雷射發射器d22的雷射發射器25朝向索塔擺動靶點器d31，視索塔擺動監測儀的顯示，調整索塔擺動測試雷射發射器d22上的方向旋鈕26，把雷射發射器25發出的雷射對準光纖靶點器d31後，旋緊索塔擺動測試雷射發射器d22上的制動旋鈕27，將該雷射發射器25制動；
(5)量取索塔擺動測試雷射發射器a21至索塔擺動靶點器a30、索塔擺動測試雷射發射器b22至索塔擺動靶點器b31、索塔擺動測試雷射發射器c21至索塔擺動靶點器c30、索塔擺動測試雷射發射 器d22至索塔擺動靶點器d31的鉛直距離；
(6)便可進行索塔2的塔頂、中部兩個部位在沿中心線、沿中心線垂直方向上傾斜度與擺動的測試。
斜拉橋I是一種大跨度的橋梁；索塔2是掛索、承擔主梁荷載的結構；拉索3是承擔與傳遞主梁荷載給索塔2 ;主梁4是橋跨結構；承臺5是索塔的基礎；樁基6的作用是斜拉橋I的基礎；河床面7是河流的底面；最高水位8是河流最高淹沒的水位；機架I 9的作用是在承臺5上安置索塔擺動測試雷射發射裝置I 19 ;機架II 10的作用是在承臺5上安置索塔擺動測試雷射發射裝置II 19 ;測試棚I 11的作用是給索塔擺動測試雷射發射裝置I 19遮風避雨，以及操作空間；測試棚II 12的作用是是給索塔擺動測試雷射發射裝置II 19遮風避雨，以及操作空間；天窗13的作用是讓索塔擺動測試雷射發射裝置I或索塔擺動測試雷射發射裝置II 19的雷射射向索塔擺動靶點裝置I或索塔擺動靶點裝置II 28 ;支架I 14的作用是在索塔5上安置索塔擺動靶點裝置I 28 ;支架II 15的作用是在索塔5上安置索塔擺動靶點裝置II 28 ;遮雨棚I 16的作用是給索塔擺動靶點裝置I 28遮風避雨；遮雨棚II 17的作用是是給索塔擺動靶點裝置II 28遮風避雨；地窗18的作用是讓索塔擺動測試雷射發射裝置I或索塔擺動測試雷射發射裝置II 19發出的雷射射到索塔擺動靶點裝置上I或索塔擺動靶點裝置II 28 ;索塔擺動測試雷射發射裝置I或索塔擺動測試雷射發射裝置II 19的作用是安置索塔擺動測試雷射發射器a21、索塔擺動測試雷射發射器b22或索塔擺動測試雷射發射器c21、索塔擺動測試雷射發射器d22 ;底座20的作用是在支架I 14或支架II 15上安置索塔擺動測試雷射發射器a21、索塔擺動測試雷射發射器b22或索塔擺動測試雷射發射器c21、索塔擺動測試雷射發射器d22 ;索塔擺動測試雷射發射器a21的作用是向索塔擺動靶點器a30發射檢測用的雷射；索塔擺動測試雷射發射器b22的作用是向索塔擺動靶點器b31發射檢測用的雷射；雷射方向調節器23的作用是安置雷射發射器25，並調動、制動雷射發射器25 ;底板24的作用是安置雷射方向調節器23 ;雷射發射器25的作用是發射檢測用的雷射；方向旋鈕26的作用是調動雷射發射器25的方向；制動旋鈕27的作用是讓雷射發射器25制動；索塔擺動靶點裝置I或索塔擺動靶點裝置II 28的作用是安置索塔擺動靶點器a30、索塔擺動靶點器b31或索塔擺動靶點器c30、索塔擺動靶點器d31 ;機座29的作用是安置索塔擺動靶點器a30、索塔擺動靶點器b31或索塔擺動靶點器c30、索塔擺動靶點器d31 ;索塔擺動靶點器a或索塔擺動靶點器c30的作用是傳感索塔2頂部或中部的上遊或下遊側傾斜與擺動的信號；索塔擺動靶點器b或索塔擺動靶點器d31的作用是傳感索塔5頂部或中部的河岸或河床側傾斜與擺動的信號；器座32的作用是安置二維擺動傳感器34、光纖靶點器41 ;防塵平面透光板33的作用是平面透光與防塵；二維擺動傳感器34的作用是測試索塔5向上遊或下遊、河岸或河床方向擺動的傳感；器盒35的作用是安置懸臂板36與磁敏元件38，並形成封閉的測試腔；懸臂板36的作用是傳感索塔5在上遊、下遊或河床、河岸方向的擺動；磁鐵塊37的作用是傳感源，為磁敏元件38提供磁力線；磁敏元件38的作用是當懸臂板36擺動時，接收磁鐵塊37切換的磁力線，將該磁信號轉換成電信號；矽油39的作用是減小懸臂板36的抖動；罩殼40的作用是保護二維擺動傳感器34、光纖靶點器41 ;光纖靶點器41的作用是接收光信號的傳感器，能測試光源移動的距離；基板42的作用是安置光導絲43、隔光膜44、光敏元件排a45、光敏元件排b46、排殼47 ;光導絲43的作用是接收光信號，把光信號傳導給光敏元件48 ;隔光膜44的作用是讓每根光導絲43不幹擾傳導光線；光敏元件排a45的作用是把光敏元件48安置成列；光敏元件排b46的作用是把光敏元件48安置成 列；排殼47的作用是保護光敏元件48 ;光敏元件48的作用是將光信號轉換為電信號。
權利要求
1.一種斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器，包括了索塔擺動測試雷射發射裝置1、索塔擺動測試雷射發射裝置I1、索塔擺動靶點裝置1、索塔擺動靶點裝置II，其特徵在於:在斜拉橋承臺上的上遊側安置有機架I，機架I上安裝有測試棚I，測試棚I內安置有所述的索塔擺動測試雷射發射裝置I ;在斜拉橋承臺上的下遊側安置有機架II，機架II上安裝有測試棚II，測試棚II內安置有所述的索塔擺動測試雷射發射裝置II ;在所述測試棚1、測試棚II的天花板上均有天窗；在斜拉橋索塔頂部的上遊側面上安裝有支架I，支架I上安裝有遮雨棚I，遮雨棚I內安置有所述的索塔擺動靶點裝置I ;在斜拉橋索塔中部的下遊側面上安裝有支架II，支架II上安裝有遮雨棚II，遮雨棚II內安置有所述的索塔擺動靶點裝置II ;在所述遮雨棚1、遮雨棚II的底板上均有地窗；所述的支架I與機架I的中心線位於索塔沿橋中心線垂直方向的同一鉛垂面上，所述的支架II與機架II的中心線位於索塔沿橋中心線垂直方向的同一鉛垂面上；所述的索塔擺動測試雷射發射裝置I底座為長方形，該底座上並排安置有索塔擺動測試雷射發射器a、索塔擺動測試雷射發射器b，所述的索塔擺動測試雷射發射裝置II底座為長方形，該底座上並排安置有索塔擺動測試雷射發射器C、索塔擺動測試雷射發射器d，所述的索塔擺動靶點裝置I機座為長方形，該機座上有兩個並排的方形通孔，該兩個通孔上各自安置有索塔擺動靶點器a、索塔擺動靶點器b，且索塔擺動靶點器a的中心線與橋中心線平行，索塔擺動靶點器b的中心線與橋中心線垂直，所述的索塔擺動靶點裝置II機座為長方形，該機座上有兩個並排的方形通孔，該兩個通孔上各自安置有索塔擺動靶點器C、索塔擺動靶點器d，且索塔擺動靶點器C的中心線與橋中心線平行，索塔擺動靶點器d的中心線與橋中心線垂直；所述的索塔擺動測試雷射發射裝置I的索塔擺動測試雷射發射器a通過測試棚I的天窗，以及通過遮雨棚I的地窗，對準索塔擺動靶點裝置I的索塔擺動靶點器a發射雷射，進行索塔頂部沿橋中心線垂直方向傾斜與擺動的測試；所述的索塔擺動測試雷射發射裝置I的索塔擺動測試雷射發射器b通過測試棚I的天窗，以及通過遮雨棚I的地窗，對準索塔擺動靶點裝置I的索塔擺動靶點器b發射雷射，進行索塔頂部沿橋中心線方向傾斜與擺動的測試；所述的索塔擺動測試雷射發射裝置II的索塔擺動測試雷射發射器C通過測試棚II的天窗，以及通過遮雨棚II的地窗，對準索塔擺動靶點裝置II的索塔擺動靶點器C發射雷射，進行索塔中部沿橋中心線垂直方向傾斜與擺動的測試；所述的索塔擺動測試雷射發射裝置II的索塔擺動測試雷射發射器d通過測試棚II的天窗，以及通過遮雨棚II的地窗，對準索塔擺動靶點裝置II的索塔擺動靶點器d發射雷射，進行索塔中部沿橋中心線方向傾斜與擺動的測試。
2.根據權利要求1所述的斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器，其特徵是:所述的索塔擺動測試雷射發射裝置1、索塔擺動測試雷射發射裝置II結構相同，即所述的索塔擺動測試雷射發射器a、索塔擺動測試雷射發射器b、索塔擺動測試雷射發射器C、索塔擺動測試雷射發射器d為同種的索塔擺動測試雷射發射器；所述的索塔擺動測試雷射發射器底板為方形，該底板上安置有雷射方向調節器，雷射方向調節器上安置有雷射發射器，調動所述雷射方向調節器的方向旋鈕，能讓雷射發射器向上發射出的雷射在二維方向上移動，旋緊所述雷射方向調節器的制動旋鈕，能使雷射發射器制動。
3.根據權利要求1所述的斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器，其特徵是:所述的索塔擺動靶點裝置1、索塔擺動靶點裝置II的結構相同，即所述的索塔擺動靶點器a、索塔擺動靶點器b、索塔擺動靶 點器C、索塔擺動靶點器d為同種的索塔擺動靶點器；所述的索塔擺動靶點器器座為方盒形狀，該器座底板上有方形的通孔，該通孔上鑲有防塵平面透光板，器座內的下部位安置有光纖靶點器，器座內的上部位安置有二維擺動傳感器；所述的二維擺動傳感器器盒為方盒形狀，該器盒沿索塔擺動靶點器中心線相對的內壁上分別安置有懸臂板、磁敏元件，懸臂板的板端安置有磁鐵塊，該磁鐵塊與磁敏元件有δ的間距，器盒內注滿矽油，形成了封閉的測試腔；所述的懸臂板的板面為鉛直面，當索塔垂直於所述的懸臂板板軸線擺動時，懸臂板會產生擺動，懸臂板板端的磁鐵塊來回切換磁敏元件上的磁力線，磁敏元件輸出索塔擺動擺幅與頻率的傳感信號；所述的索塔擺動靶點器的光纖靶點器、二維擺動傳感器的中心線，均位於索塔擺動靶點器中心線的同一鉛垂面上，所述的光纖靶點器的光導絲面朝向下方的防塵平面透光板。
4.根據權利要求3所述的索塔擺動靶點器，其特徵是:所述的光纖靶點器基板為方形的平板，該基板上的中部等距平行安置有多根光導絲組成的光導絲排，該光導絲排的每根光導絲之間設置有隔光膜，基板上的光導絲排兩端分別設置有光敏元件排a、光敏元件排b，光敏元件排a、光敏元件排b的排殼內均並排安置有一列的光敏元件，所述的光導絲以交錯端部方式，將光導絲一側端部與光敏元件排a、光敏元件排b的光敏元件連接；當所述的索塔擺動測試雷射發射器發出的雷射照射到光纖靶點器的任何一根光導絲上，該根光導絲將光線傳導給對應的光敏元件，光敏元件便輸出傳感信號。
5.一種斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器的測試方法，依次按以下步驟進行，其特徵在於: (1)在索塔頂部的上遊側面上安裝支架I，在索塔中部的下遊側面上安裝支架II，並在支架1、支架II上分別搭設遮雨棚1、遮雨棚II，在索塔承臺的上遊側搭設機架I，在索塔承臺的下遊側搭設機架II，並在機架1、機架II上分別搭設測測試棚1、測試棚II ； (2)把索塔擺動靶點裝置I安置於索塔頂部遮雨棚I內的支架I上，且索塔擺動靶點裝置I的索塔擺動靶點器a中心線與橋中心線平行，索塔擺動靶點器b中心線與橋中心線垂直，把索塔擺動靶 點裝置II安置於索塔中部遮雨棚II內的支架II上，且索塔擺動靶點裝置II的索塔擺動靶點器C中心線與橋中心線平行，索塔擺動靶點器d中心線與橋中心線垂直；把索塔擺動測試雷射發射裝置I安置於索塔承臺上遊側測試棚內的機架I上，把索塔擺動測試雷射發射裝置II安置於索塔承臺下遊側測試棚II內的機架II上； (3)把索塔擺動靶點器a、索塔擺動靶點器b、索塔擺動靶點器C、索塔擺動靶點器d、索塔擺動測試雷射發射器a、索塔擺動測試雷射發射器b、索塔擺動測試雷射發射器C、索塔擺動測試雷射發射器d的電纜與索塔傾斜度與擺動監測儀聯接後，打開儀器設備的電源開關進行聯機調試； (4)開啟機架I上的測試棚I天窗及支架I上的遮雨棚I地窗，把索塔擺動測試雷射發射器a的雷射發射器朝向索塔擺動靶點器a，視索塔擺動監測儀的顯示，調整索塔擺動測試雷射發射器a上的方向旋鈕,把雷射發射器發出的雷射對準光纖祀點器a後,旋緊索塔擺動測試雷射發射器a上的制動旋鈕，將該雷射發射器制動，以及把索塔擺動測試雷射發射器b的雷射發射器朝向索塔擺動靶點器b，視索塔擺動監測儀的顯示，調整索塔擺動測試雷射發射器b上的方向旋鈕,把雷射發射器發出的雷射對準光纖祀點器b後,旋緊索塔擺動測試雷射發射器b上的制動旋鈕,將該雷射發射器制動； 開啟機架II上的測試棚II天窗及支架II上的遮雨棚II地窗，把索塔擺動測試雷射發射器C的雷射發射器朝向索塔擺動靶點器C，視索塔擺動監測儀的顯示，調整索塔擺動測試雷射發射器C上的方向旋鈕，把雷射發射器發出的雷射對準光纖靶點器C後，旋緊索塔擺動測試雷射發射器C上的制動旋鈕，將該雷射發射器制動；以及把索塔擺動測試雷射發射器d的雷射發射器朝向索塔擺動靶點器d，視索塔擺動監測儀的顯示，調整索塔擺動測試雷射發射器d上的方向旋鈕，把雷射發射器發出的雷射對準光纖靶點器d後，旋緊索塔擺動測試雷射發射器d上的制動旋鈕,將該雷射發射器制動； (5)量取索塔擺動測試雷射發射器a至索塔擺動靶點器a、索塔擺動測試雷射發射器b至索塔擺動靶點器b、索塔擺動測試雷射發射器c至索塔擺動靶點器C、索塔擺動測試雷射發射器d至索塔擺動靶點器d的鉛直距離； (6)便可進行索塔的塔頂、中部的兩個部位在沿中心線、沿中心線垂直方向上傾斜度與擺動的測試 。
全文摘要
本發明公開了一種斜拉橋索塔傾斜度與擺動測試器及其測試方法，包括了索塔擺動測試雷射發射裝置Ⅰ、索塔擺動測試雷射發射裝置Ⅱ、索塔擺動靶點裝置Ⅰ、索塔擺動靶點裝置Ⅱ，其特徵在於在斜拉橋承臺上的上、下遊側分別安置有所述的索塔擺動測試雷射發射裝置Ⅰ、索塔擺動測試雷射發射裝置Ⅱ。在斜拉橋索塔的頂部上遊側面與中部下遊側面上分別安置有所述的索塔擺動靶點裝置Ⅰ、索塔擺動靶點裝置Ⅱ。該測試器具有量程大、精度高、解析度好、工作可靠、操作方便等特點，能全天候連續進行測試，實時輸出測試數據，為測試斜拉橋索塔的傾斜度與擺動提供了新儀器設備。
文檔編號G01H9/00GK103245329SQ20131014340
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月23日 優先權日2013年4月23日
發明者汪哲蓀 申請人:合肥工業大學